목차(접지설계 최근동향)
접지설계 최근동향
1️⃣접지설비 개념 변화의 흐름
1)최신의 접지동향
- 전기 안전을 위한 접지
→전기안전과 PowerQualit를 고려한 접지
2)접지 시스템
- 접지봉 매설, 접지선 연결 등 단순공사
→시스템 차원의 복잡한 공사
3)접지관련 기준
- 전기설비기술기준의 판단기준, 내선규정
→NEC, IEE등 해외규정 도입
2️⃣접지시스템의 임피던스 특성
1)임피던스 변화
- 기준전압
- 전기기기(컴퓨터, 통신기기 등)는 어떠한 전자환경에서도 정상적인 가동이 이루어져야 한다. 이를 위하여 고주파 영역에서도 전위 변동을 최소화해야 한다
- 이를 위하여 기준접지(SRG)를 하며, 주로 컴퓨터실 등을 망상접지를 하여 사용한다. 즉, 어떤 주파수 영역에서도 임피던스가 거의 일정하게 유지된다.
2)임펄스 임피던스
- 차단기 동작이나 계통 고장 시 주파수 영역에서의 성질상 대지가 갖는 비선형성 때문에 상용주파수 외에 고주파 혹은 저주파의 전류가 발생하게 된다. 이때 급준파 전류에 대한 순간전위 상승의 비를 “임펄스 임피던스 혹은 서지 임피던스” 라고 한다
- 급준파 전류는 수[MHz]에 이르는 고주파도 존재하므로 진행파의 개념으로 해석된다.
- 결국 급준파의 경우는 임펄스 임피던스 값이 면저에 반비례하여 저감되지 않으며, 유기전압은
\[V=L\frac{di}{dt}\]
- di/dt 가 상당히 큰 값이 되어 유기전압도 매우 큰 값이 된다는 사실에 주의하여야 한다
3️⃣NEC/IEEE에서 요구하고 있는 접지시스템
1)기존 접지방식이 대응하기 어려운 접지 수요 형태
- 빌딩의 오토메이션화 및 인텔리전트화
- 방송국 통신기지국, 통신 교환국사
- 반도체 공장
- 병원설비
- 플랜트 설비
2)최근 접지기술의 동향
- 환경성 및 안정성 향상
- IEC에서는 접지시스템과 밀접한 관계가 있는 등전위 본딩을 강조
- 전위차 최소화를 위해 상호 본딩
- 빌딩 내의 접지 간선계통은 통합, 인프라화되어 접지 수요에 신속한 대응
- 서지 임피던스 저감이 요구되는 경우는 침상봉, XIT 접지극등 특수한 시공법으로 저감
3)통합 접지시스템의 효용성
- 안정된 기준 접지 : 전위차 극소화 및 부동전위 억제
- 인프라화되는 전력계통 : 구내의 접지 간선계통도 통합, 인프라화되어 용도별로 접지 간선계통을 구분시킬 필요가 없으며, 접지 수요에 대해 신속한 대응, 계통관리 능력향상 등을 도모할 수 있다.
목차(접지설계 최근동향)
접지설계 최근동향
💯기출문제
●건축물에 시공된 접지설비의 유지관리 보수점검에 대하여 설명하시오
접지 설비 유지관리의 중요성
- 안전 확보: 누전 발생 시 감전 사고를 예방하고, 화재 발생 가능성을 줄입
- 설비 수명 연장: 접지 저항 증가로 인한 전자기기의 오동작이나 손상을 방지하여 설비 수명을 연장
- 법적 의무: 관련 법규에 따라 접지 설비의 유지관리는 의무 사항
접지 설비 점검 항목
- 접지극 상태: 부식, 균열, 이동 등이 있는지 확인하고, 필요한 경우 보수 또는 교체합니다.
- 접지선 상태: 끊어짐, 부식, 접촉 불량 등이 있는지 확인하고, 필요한 경우 수리 또는 교체합니다.
- 접지 본 상태: 부식, 균열, 손상 등이 있는지 확인하고, 필요한 경우 보수 또는 교체합니다.
- 접지 저항 측정: 접지 저항 측정기를 사용하여 접지 저항 값이 규정 값 이하인지 확인합니다.
- 주변 환경: 접지극 주변에 방해물이 있는지 확인하고, 필요한 경우 제거합니다.
접지 설비 보수 방법
- 부식된 부분 교체: 부식된 부분은 그라인더 등을 이용하여 제거하고, 새로운 부품으로 교체
- 접촉 불량 개선: 접촉 불량 부분은 접촉면을 깨끗하게 청소하고, 접지선을 다시 연결
- 접지 저항 감소: 접지극의 수를 늘리거나, 접지극의 길이를 늘리는 등의 방법으로 접지 저항을 감소
접지 설비 점검 주기
- 정기 점검: 매년 1회 이상 정기적으로 점검을 실시합니다.
- 특별 점검: 건축물의 증축, 개축, 대수선 등의 경우 특별 점검을 실시합니다.
- 자연재해 발생 후: 지진, 태풍 등 자연재해 발생 후에는 반드시 점검을 실시합니다.
접지 설비 유지관리 시 유의사항
- 전문가에게 의뢰: 접지 설비는 전문적인 지식과 경험이 필요한 분야이므로, 전문가에게 의뢰하여 점검 및 보수를 받는 것이 좋습니다.
- 기록 관리: 점검 결과를 기록하여 관리하고, 문제 발생 시 신속하게 대응할 수 있도록 해야 합니다.
- 관련 법규 준수: 전기설비기술기준 등 관련 법규를 준수하여 접지 설비를 관리해야 합니다.
○저압공급 다선식에서 개폐운전 시 중성선을 차단하는 접지계통과 차단하지 않아야 되는 접지계통을 구분하여 설명하고, 차단기 종류와 차단기를 적용하는 이유를 설명하시오
저압공급 다선식 계통 개요
저압공급 다선식 계통은 일반적으로 3상 4선식으로 구성되며, 3상에 각각 위상이 다른 전압이 공급되고, 중성선을 통해 전류가 흐르도록 구성된 계통입니다. 이러한 계통은 가정용 전력 공급에 주로 사용됩니다.
중성선 차단 여부에 따른 분류 및 이유
저압공급 다선식 계통에서 중성선을 차단하는지 여부에 따라 접지 계통은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.
1. IT 계통 (Isolated System)
- 중성점 비접지 계통: 중성점이 접지되지 않은 계통입니다.
- 특징:
- 누전이 발생하더라도 중성점이 없기 때문에 지락 전류가 흐르지 않아 감전 위험이 낮습니다.
- 단상 지락 발생 시 전압이 상승하는 현상이 발생할 수 있습니다.
- 아크 지속 시간이 길어 소화가 어렵고, 설비 손상의 위험이 높습니다.
- 차단기 종류: 진공 차단기, SF6 차단기 등 고압 차단기와 유사한 종류의 차단기를 사용합니다.
- 적용 이유:
- 폭발 위험이 있는 장소, 정밀 기기 사용 장소 등 안전이 중요한 곳에 적용됩니다.
- 단상 지락 발생 시 전압 상승을 감안하여 설비를 보호해야 합니다.
2. TT 계통 (Earthed System)
- 중성점 접지 계통: 중성점이 직접 접지된 계통입니다.
- 특징:
- 누전이 발생하면 지락 전류가 흐르기 때문에 감전 위험이 낮습니다.
- 단상 지락 발생 시 전압 상승이 적어 설비 보호가 용이합니다.
- 아크 지속 시간이 짧아 소화가 용이하고, 설비 손상 위험이 낮습니다.
- 차단기 종류: 누전 차단기(ELCB), 배선용 차단기(MCCB) 등을 사용합니다.
- 적용 이유:
- 일반 가정, 상업용 건물 등에 널리 사용되는 가장 일반적인 접지 계통입니다.
- 안전성과 경제성을 모두 고려한 계통입니다.
차단기 종류 및 적용 이유
- 누전 차단기(ELCB): 누전 발생 시 미소한 누설 전류를 감지하여 회로를 차단하는 장치입니다. TT 계통에서 주로 사용되며, 감전 방지에 효과적입니다.
- 배선용 차단기(MCCB): 과전류 또는 단락 사고 발생 시 회로를 차단하는 장치입니다. TT 계통에서 과부하 보호를 위해 사용됩니다.
- 진공 차단기, SF6 차단기: IT 계통에서 주로 사용되며, 고압 차단기와 유사한 성능을 가지고 있습니다. 아크를 빠르게 소멸시켜 설비 손상을 방지합니다.
요약
| 계통 종류 | 중성점 | 특징 | 차단기 종류 | 적용 이유 |
|---|---|---|---|---|
| IT 계통 | 비접지 | 감전 위험 낮음, 단상 지락 시 전압 상승 | 진공 차단기, SF6 차단기 | 폭발 위험 장소, 정밀 기기 사용 장소 |
| TT 계통 | 접지 | 감전 위험 낮음, 단상 지락 시 전압 상승 적음 | 누전 차단기, 배선용 차단기 | 일반 가정, 상업용 건물 |
●저압 전기설비의 직류 접지계통방식
직류 접지계통 개요
직류 접지계통은 교류 시스템과 달리 주파수가 없고 전류의 방향이 일정한 직류 전원을 사용하는 시스템입니다. 직류 시스템은 교류 시스템에 비해 잡음이 적고, 전력 변환 효율이 높으며, 장거리 송전에 유리한 장점이 있습니다. 하지만 접지 방식에 따라 안전성과 신뢰성이 달라질 수 있으므로, 적절한 접지 방식을 선택하는 것이 중요합니다.
직류 접지계통의 종류
직류 접지계통은 크게 다음과 같은 세 가지로 분류할 수 있습니다.
1. TT 계통 (Earthed System)
- 설명: 전원측과 부하측에 각각 독립된 접지극을 설치하는 방식입니다.
- 특징:
- 누전 시 지락 전류가 흐르므로 감전 위험이 낮습니다.
- 단상 지락 발생 시 전압 상승이 적어 설비 보호가 용이합니다.
- 장점: 안전성이 높고, 설비 보호가 용이합니다.
- 단점: 접지 저항이 높아질 수 있으며, 추가적인 접지극 설치가 필요합니다.
2. TN 계통 (Earthed Neutral System)
- 설명: 전원측의 중성점을 접지하고, 부하측은 보호 도체를 통해 전원측 접지점에 연결하는 방식입니다.
- 종류:
- TN-S: 보호 도체와 중성선이 완전히 분리된 시스템
- TN-C: 보호 도체와 중성선이 하나의 도체로 결합된 시스템
- TN-C-S: TN-C와 TN-S가 혼합된 시스템
- 특징:
- TT 계통에 비해 접지 저항이 낮아 누전 시 지락 전류가 빠르게 흐릅니다.
- 장점: 설비 보호가 용이하고, 접지 저항이 낮습니다.
- 단점: TN-C 시스템의 경우 보호 도체와 중성선이 단선될 경우 감전 위험이 증가할 수 있습니다.
3. IT 계통 (Isolated System)
- 설명: 전원측의 중성점이 접지되지 않은 시스템입니다.
- 특징:
- 누전이 발생하더라도 지락 전류가 흐르지 않아 감전 위험이 낮습니다.
- 단상 지락 발생 시 전압이 상승하는 현상이 발생할 수 있습니다.
- 장점: 감전 위험이 매우 낮습니다.
- 단점: 단상 지락 발생 시 설비 보호가 어렵고, 아크 지속 시간이 길어 설비 손상의 위험이 높습니다.
직류 접지계통 선정 시 고려 사항
- 시스템의 규모: 시스템의 규모에 따라 적절한 접지 방식을 선택해야 합니다.
- 부하의 종류: 부하의 종류에 따라 필요한 접지 저항 값이 달라질 수 있습니다.
- 안전성: 감전 위험, 화재 위험 등을 고려하여 안전성이 확보된 접지 방식을 선택해야 합니다.
- 경제성: 초기 투자 비용과 유지보수 비용을 고려하여 경제적인 접지 방식을 선택해야 합니다.
결론
직류 접지계통은 시스템의 특성과 요구되는 안전성을 고려하여 적절한 방식을 선택해야 합니다. 각 접지 방식에는 장단점이 있으므로, 시스템의 특성에 맞는 최적의 접지 방식을 선정하기 위해서는 전문가의 도움을 받는 것이 좋습니다.
○접지시스템 접속방법 중 발열용접과 압착슬립 용접
접지 시스템에서 안정적인 전기적 연결을 위해 다양한 접속 방법이 사용됩니다. 그중에서도 발열용접과 압착슬립 용접은 우수한 접합 강도와 내구성을 제공하여 널리 사용되는 방식입니다. 두 가지 방법의 특징과 장단점을 비교하여 알아보겠습니다.
1. 발열용접 (Exothermic Welding)
원리: 접합 부위에 특수한 용접재를 넣고 발열 반응을 일으켜 금속을 용융시켜 결합하는 방식입니다.
장점:
- 높은 접합 강도: 금속 간의 분자 결합으로 인해 매우 강한 접합력을 가지며, 외부 충격이나 진동에도 안정적입니다.
- 내부 부식 방지: 용접 과정에서 산화막이 제거되어 부식을 방지하고, 장기적인 접촉 저항 증가를 막습니다.
- 다양한 금속 적용: 구리, 알루미늄 등 다양한 금속에 적용 가능합니다.
단점:
- 작업 환경: 용접 시 발생하는 열과 연기로 인해 작업 환경이 열악할 수 있습니다.
- 숙련된 작업자 필요: 정확한 작업을 위해 숙련된 작업자가 필요합니다.
- 비용: 장비 구입 및 작업 비용이 상대적으로 높습니다.
2. 압착슬립 용접 (Crimping)
원리: 특수한 압착 공구를 이용하여 도체와 접속 부품을 강하게 압착하여 기계적인 결합을 만드는 방식입니다.
장점:
- 빠른 작업 속도: 발열용접에 비해 작업 속도가 빠릅니다.
- 간편한 작업: 특수 공구만 있으면 누구나 쉽게 작업할 수 있습니다.
- 다양한 종류의 접속 부품: 다양한 종류의 접속 부품을 사용할 수 있어 활용도가 높습니다.
단점:
- 접합 강도: 발열용접에 비해 접합 강도가 다소 낮을 수 있습니다.
- 접촉 저항: 시간이 지남에 따라 접촉 저항이 증가할 수 있습니다.
- 도체 손상 가능성: 과도한 압착으로 인해 도체가 손상될 수 있습니다.
발열용접과 압착슬립 용접의 비교
| 항목 | 발열용접 | 압착슬립 용접 |
|---|---|---|
| 접합 강도 | 매우 높음 | 상대적으로 낮음 |
| 내구성 | 우수 | 보통 |
| 작업 속도 | 느림 | 빠름 |
| 작업 난이도 | 높음 | 낮음 |
| 비용 | 높음 | 낮음 |
어떤 방법을 선택해야 할까요?
- 높은 신뢰성이 요구되는 경우: 발열용접을 선택하는 것이 좋습니다. 특히, 중요한 전력 시설이나 장기간 사용되는 시스템에 적합합니다.
- 빠르고 간편한 작업이 필요한 경우: 압착슬립 용접을 선택하는 것이 좋습니다. 대량 생산이나 현장 작업에 적합합니다.
- 예산이 제한적인 경우: 압착슬립 용접이 더 경제적입니다.
○건축물의 접지공사에서 접지전극의 과도현상과 그 대책
접지전극의 과도현상이란?
접지전극에 낙뢰나 스위칭 서지 등 갑작스러운 전류가 흘러들 때, 접지 시스템의 임피던스 특성으로 인해 전압이 급격하게 상승하는 현상을 말합니다. 이러한 과도현상은 전자기기의 오동작, 통신 장애, 심지어 화재를 유발할 수 있습니다.
과도현상 발생 원인
- 낙뢰 유입: 낙뢰는 강력한 전류를 발생시켜 접지 시스템에 큰 영향을 미칩니다.
- 스위칭 서지: 전력기기의 개폐 시 발생하는 고주파 성분의 전압 상승입니다.
- 인공적인 노이즈: 전자기기 작동 시 발생하는 노이즈가 접지 시스템을 통해 확산될 수 있습니다.
- 접지 시스템의 불완전: 접지 저항이 높거나, 접지 시스템이 불균일하게 구성되어 있을 경우 과도 현상이 더욱 심화될 수 있습니다.
과도현상의 문제점
- 전자기기 오동작: 과도 전압은 전자기기의 내부 회로를 손상시켜 오동작을 유발할 수 있습니다.
- 통신 장애: 통신 시스템의 데이터 전송 오류를 야기하고, 심각한 경우 통신 두절을 초래할 수 있습니다.
- 화재 발생 위험: 절연 파괴를 유발하여 화재를 발생시킬 수 있습니다.
과도현상 대책
- 접지 저항 감소:
- 접지극의 수를 늘리거나, 접지극의 길이를 늘려 접지 저항을 낮춤
- 접지극 주변에 도전성 물질을 주입하여 접지 저항을 감소
- 접지 보강재를 사용하여 접지 효율을 높임
- 접지 시스템 개선:
- 접지 그리드를 설치하여 접지 면적을 넓히고, 전위 상승을 억제합
- 접지 도체의 굵기를 늘려 임피던스를 낮춥니다.
- 접지 시스템의 연결 상태를 정기적으로 점검하고, 부식된 부분은 교체합니다.
- 서지 보호기 설치:
- 서지 보호기는 과도 전압을 흡수하여 전자기기를 보호하는 장치입니다.
- 건물의 주요 전원 공급 라인, 통신 시설 등에 설치합니다.
- 차폐:
- 금속관, 금속 케이블 등을 이용하여 전자기기나 통신 케이블을 차폐하여 외부 노이즈 유입을 방지합니다.
- 접지 등전위 결합:
- 건물 내의 모든 금속체를 접지 등전위로 결합하여 전위 차이를 줄입니다.
추가적인 고려 사항
- 건물의 용도: 데이터 센터, 병원 등 민감한 시설은 더욱 엄격한 접지 기준을 적용해야 합니다.
- 주변 환경: 토양의 종류, 지하수의 존재 여부 등 주변 환경에 따라 접지 설계가 달라져야 합니다.
- 법규 준수: 관련 법규 및 규정을 준수하여 접지 공사를 시행해야 합니다.
○건축물의 접지공사에서 접지전극의 과도현상과 그 대책
접지전극의 과도현상이란 무엇일까요?
접지전극에 낙뢰나 스위칭 서지와 같은 갑작스러운 전류가 흘러들 때, 접지 시스템의 임피던스 특성으로 인해 전압이 급격하게 상승하는 현상을 말합니다. 마치 갑작스러운 충격에 물이 튀어 오르는 것처럼, 접지 시스템에서도 전압이 순간적으로 높아지는 현상이 발생하는 것입니다.
왜 과도현상이 문제가 될까요?
- 전자기기 오동작: 과도 전압은 전자기기의 내부 회로를 손상시켜 오동작을 유발할 수 있습니다. 특히 컴퓨터, 서버 등 민감한 전자기기는 더욱 취약합니다.
- 통신 장애: 통신 시스템의 데이터 전송 오류를 야기하고, 심각한 경우 통신 두절을 초래할 수 있습니다.
- 화재 발생 위험: 절연 파괴를 유발하여 화재를 발생시킬 수 있습니다.
과도현상 발생 원인
- 낙뢰 유입: 낙뢰는 강력한 전류를 발생시켜 접지 시스템에 큰 영향을 미칩니다.
- 스위칭 서지: 전력기기의 개폐 시 발생하는 고주파 성분의 전압 상승입니다.
- 인공적인 노이즈: 전자기기 작동 시 발생하는 노이즈가 접지 시스템을 통해 확산될 수 있습니다.
- 접지 시스템의 불완전: 접지 저항이 높거나, 접지 시스템이 불균일하게 구성되어 있을 경우 과도 현상이 더욱 심화될 수 있습니다.
과도현상 대책
- 접지 저항 감소:
- 접지극 증설: 접지극의 수를 늘리거나, 접지극의 길이를 늘려 접지 저항을 낮춥니다.
- 도전성 물질 주입: 접지극 주변에 도전성 물질을 주입하여 접지 저항을 감소시킵니다.
- 접지 보강재 사용: 접지 보강재를 사용하여 접지 효율을 높입니다.
- 접지 시스템 개선:
- 접지 그리드 설치: 접지 면적을 넓히고, 전위 상승을 억제합니다.
- 접지 도체 굵기 증가: 접지 도체의 굵기를 늘려 임피던스를 낮춥니다.
- 접지 시스템 정기 점검: 접지 시스템의 연결 상태를 정기적으로 점검하고, 부식된 부분은 교체합니다.
- 서지 보호기 설치:
- 과도 전압 흡수: 서지 보호기는 과도 전압을 흡수하여 전자기기를 보호합니다.
- 설치 위치: 건물의 주요 전원 공급 라인, 통신 시설 등에 설치합니다.
- 차폐:
- 금속관, 케이블 이용: 금속관, 금속 케이블 등을 이용하여 전자기기나 통신 케이블을 차폐하여 외부 노이즈 유입을 방지합니다.
- 접지 등전위 결합:
- 금속체 결합: 건물 내의 모든 금속체를 접지 등전위로 결합하여 전위 차이를 줄입니다.
추가적인 고려 사항
- 건물의 용도: 데이터 센터, 병원 등 민감한 시설은 더욱 엄격한 접지 기준을 적용해야 합니다.
- 주변 환경: 토양의 종류, 지하수의 존재 여부 등 주변 환경에 따라 접지 설계가 달라져야 합니다.
- 법규 준수: 관련 법규 및 규정을 준수하여 접지 공사를 시행해야 합니다.
●교류 1[kV] 초과 전력설비의 공통규정에서 접지시스템 안정기준에 대하여 설명하시오
교류 1kV 초과 전력설비는 고압 및 특고압 설비를 의미하며, 이러한 설비의 안전한 운용을 위해서는 접지시스템이 매우 중요합니다. 접지시스템은 전기설비와 대지를 연결하여 발생 가능한 고전압, 누전 등의 위험으로부터 사람과 시설을 보호하는 역할을 합니다.
한국전기설비규정(KEC)에서는 교류 1kV 초과 전력설비의 접지시스템에 대한 안정기준을 명확하게 제시하고 있습니다. 이 기준은 전압 레벨, 설비의 종류, 주변 환경 등 다양한 요소를 고려하여 접지시스템을 설계하고 시공하는 데 필요한 상세한 지침을 제공합니다.
접지시스템 안정기준의 주요 내용
- 접지저항: 접지저항은 접지극과 대지 사이의 전기저항으로, 접지 효율을 나타내는 중요한 지표입니다. KEC에서는 접지저항의 허용값을 규정하고 있으며, 설비의 종류와 용도에 따라 다르게 적용됩니다.
- 접지도체: 접지도체는 전기설비와 접지극을 연결하는 도체로, 충분한 도전율을 가지고 있어야 합니다. KEC에서는 접지도체의 재질, 굵기, 시공 방법 등에 대한 상세한 규정을 제시합니다.
- 접지극: 접지극은 대지에 직접 매설되는 도체로, 접지 저항을 낮추는 데 중요한 역할을 합니다. KEC에서는 접지극의 종류, 매설 깊이, 간격 등에 대한 규정을 제시합니다.
- 접지계통: 접지계통은 접지극, 접지도체, 접지선 등으로 구성된 전체 시스템을 의미합니다. KEC에서는 접지계통의 종류(TT, TN, IT 등)에 따라 적용되는 기준을 달리 규정하고 있습니다.
- 보호도체: 보호도체는 사람이 접촉할 수 있는 금속체를 접지하여 감전 위험을 줄이는 역할을 합니다. KEC에서는 보호도체의 설치 기준을 명확하게 규정하고 있습니다.
- 정기점검: 접지시스템은 정기적인 점검을 통해 접지저항을 측정하고, 이상 유무를 확인해야 합니다. KEC에서는 점검 주기와 방법에 대한 규정을 제시합니다.
접지시스템 안정기준 준수의 중요성
- 인명 안전: 접지시스템이 제대로 설치되지 않으면 감전 사고 발생 위험이 높아집니다.
- 설비 보호: 접지시스템이 불안정하면 과전압, 누전 등으로 인해 설비가 손상될 수 있습니다.
- 화재 예방: 접지 불량으로 인해 화재가 발생할 수 있습니다.
- 법적 의무: KEC는 법적 강제력을 가지므로, 이를 준수하지 않을 경우 처벌을 받을 수 있습니다.
목차(접지설계 최근동향)
접지설계 최근동향
🌐V1003S24
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